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Kernstäbe. Jeder hat es gehört, aber niemand weiß es

Gerät und Funktionsprinzip

Power-Release-Mechanismus

Die Umwandlung eines Stoffes geht nur dann mit der Freisetzung freier Energie einher, wenn der Stoff über eine Energiereserve verfügt. Letzteres bedeutet, dass sich die Mikropartikel des Stoffes in einem Zustand befinden, dessen Ruheenergie größer ist als in einem anderen möglichen Zustand, zu dem ein Übergang besteht. Der spontane Übergang wird immer durch eine Energiebarriere verhindert, zu deren Überwindung das Mikropartikel eine gewisse Energiemenge von außen erhalten muss – die Energie der Anregung. Die exoenergetische Reaktion besteht darin, dass bei der der Anregung folgenden Umwandlung mehr Energie freigesetzt wird, als zur Anregung des Prozesses erforderlich ist. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Energiebarriere zu überwinden: entweder durch die kinetische Energie der kollidierenden Teilchen oder durch die Bindungsenergie des auftreffenden Teilchens.

Wenn wir die makroskopischen Maßstäbe der Energiefreisetzung berücksichtigen, müssen alle oder zunächst zumindest einige Partikel der Substanz über die kinetische Energie verfügen, die zur Anregung von Reaktionen erforderlich ist. Dies kann nur erreicht werden, indem die Temperatur des Mediums auf einen Wert erhöht wird, bei dem sich die Energie der thermischen Bewegung dem Wert der Energieschwelle nähert, die den Prozessablauf begrenzt. Im Fall molekularer Transformationen also chemische Reaktionen, ein solcher Anstieg beträgt normalerweise Hunderte von Kelvin, bei Kernreaktionen sind es aufgrund der sehr Hohe Höhe Coulomb-Barrieren kollidierender Kerne. Die thermische Anregung von Kernreaktionen wurde in der Praxis nur bei der Synthese der leichtesten Kerne durchgeführt, bei denen die Coulomb-Barrieren minimal sind (thermonukleare Fusion).

Die Anregung durch die sich verbindenden Teilchen erfordert keine große kinetische Energie und ist daher nicht von der Temperatur des Mediums abhängig, da sie aufgrund ungenutzter Bindungen erfolgt, die den Teilchen durch Anziehungskräfte innewohnen. Andererseits sind aber auch die Teilchen selbst notwendig, um die Reaktionen anzuregen. Und wenn wir wiederum nicht an einen separaten Reaktionsakt denken, sondern an die Energieerzeugung im makroskopischen Maßstab, dann ist dies nur möglich, wenn eine Kettenreaktion stattfindet. Letzteres entsteht, wenn die Teilchen, die die Reaktion anregen, als Produkte einer exoenergetischen Reaktion wieder auftauchen.

Design

Jeder Kernreaktor besteht aus folgenden Teilen:

Kern mit Kernbrennstoff und Moderator;
Neutronenreflektor, der den Kern umgibt;
Kettenreaktionsregulierungssystem, einschließlich Notfallschutz;
Schutz vor Radioaktivität;
Fernbedienungssystem.

Physikalische Funktionsprinzipien

Siehe auch Hauptartikel:

Aktuellen Zustand Kernreaktor kann durch den effektiven Neutronenmultiplikationsfaktor charakterisiert werden k oder Reaktivität ρ , die durch die folgende Beziehung verbunden sind:

Diese Werte zeichnen sich durch folgende Werte aus:

k> 1 – die Kettenreaktion nimmt mit der Zeit zu, in der sich der Reaktor befindet überkritisch Zustand, seine Reaktivität ρ > 0;
k < 1 - реакция затухает, реактор - unterkritisch, ρ < 0;
k = 1, ρ = 0 - die Anzahl der Kernspaltungen ist konstant, der Reaktor befindet sich in einem stabilen Zustand kritisch Zustand.

Bedingung der Kritikalität des Kernreaktors:

, Wo

Die Umrechnung des Multiplikationsfaktors in Eins erfolgt durch Ausgleich der Neutronenvervielfachung mit ihren Verlusten. Tatsächlich gibt es zwei Gründe für Verluste: das Einfangen ohne Spaltung und das Austreten von Neutronen aus dem Brutmedium.

Offensichtlich, k< k 0 , поскольку в конечном объёме вследствие утечки потери нейтронов обязательно больше, чем в бесконечном. Поэтому, если в веществе данного состава k 0 < 1, то цепная самоподдерживающаяся реакция невозможна как в бесконечном, так и в любом конечном объёме. Таким образом, k 0 определяет принципиальную способность среды размножать нейтроны.

k 0 für thermische Reaktoren kann durch die sogenannte „Formel der 4 Faktoren“ bestimmt werden:

, Wo

η ist die Neutronenausbeute pro zwei Absorptionen.

Die Volumina moderner Leistungsreaktoren können Hunderte von m³ erreichen und werden hauptsächlich nicht von den Kritikalitätsbedingungen, sondern von den Möglichkeiten der Wärmeabfuhr bestimmt.

Kritisches Volumen Kernreaktor – das Volumen des Reaktorkerns in einem kritischen Zustand. Kritische Masse ist die Masse des spaltbaren Materials des Reaktors, das sich in einem kritischen Zustand befindet.

Reaktoren, die mit wässrigen Salzlösungen reiner spaltbarer Isotope betrieben werden und über einen Wasserneutronenreflektor verfügen, weisen die niedrigste kritische Masse auf. Für 235 U beträgt diese Masse 0,8 kg, für 239 Pu 0,5 kg. Es ist jedoch allgemein bekannt, dass die kritische Masse für den LOPO-Reaktor (der weltweit erste Reaktor für angereichertes Uran), der über einen Berylliumoxid-Reflektor verfügte, 0,565 kg betrug, obwohl der Grad der Anreicherung des Isotops 235 nur gering war mehr als 14 %. Theoretisch hat es die kleinste kritische Masse, für die dieser Wert nur 10 g beträgt.

Um den Neutronenaustritt zu reduzieren, erhält der Kern eine kugelförmige oder nahezu kugelförmige Form, beispielsweise einen kurzen Zylinder oder einen Würfel, da diese Figuren das kleinste Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen.

Trotz der Tatsache, dass der Wert (e – 1) normalerweise klein ist, ist die Rolle der schnellen Neutronenvervielfachung ziemlich groß, da für große Kernreaktoren (K ∞ – 1)<< 1. Без этого процесса было бы невозможным создание первых графитовых реакторов на естественном уране.

Um eine Kettenreaktion auszulösen, werden bei der spontanen Spaltung von Urankernen normalerweise genügend Neutronen erzeugt. Es ist auch möglich, eine externe Neutronenquelle zum Starten des Reaktors zu verwenden, beispielsweise eine Mischung aus und oder anderen Stoffen.

Jodgrube

Hauptartikel: Jodgrube

Jodgrube – Zustand eines Kernreaktors nach seiner Abschaltung, gekennzeichnet durch die Ansammlung des kurzlebigen Xenon-Isotops. Dieser Prozess führt zum vorübergehenden Auftreten einer erheblichen negativen Reaktivität, die es wiederum unmöglich macht, den Reaktor für einen bestimmten Zeitraum (ca. 1-2 Tage) auf seine Auslegungskapazität zu bringen.

Einstufung

Nach Vereinbarung

Je nach Art der Nutzung werden Kernreaktoren unterteilt in:

Leistungsreaktoren Entwickelt für die Erzeugung elektrischer und thermischer Energie für den Energiesektor sowie für die Meerwasserentsalzung (Entsalzungsreaktoren werden auch als Industriereaktoren eingestuft). Solche Reaktoren wurden hauptsächlich in Kernkraftwerken eingesetzt. Die thermische Leistung moderner Leistungsreaktoren erreicht 5 GW. In einer separaten Gruppe zuordnen:
- Transportreaktoren Entwickelt, um Fahrzeugmotoren mit Energie zu versorgen. Die breitesten Anwendungsgruppen sind Seetransportreaktoren, die auf U-Booten und verschiedenen Überwasserschiffen eingesetzt werden, sowie Reaktoren, die in der Raumfahrttechnik eingesetzt werden.
Experimentelle Reaktoren, entwickelt, um verschiedene physikalische Größen zu untersuchen, deren Wert für die Konstruktion und den Betrieb von Kernreaktoren erforderlich ist; Die Leistung solcher Reaktoren überschreitet einige kW nicht.
Forschungsreaktoren, bei dem im Kern erzeugte Neutronen- und Gammastrahlenflüsse für Forschungen auf dem Gebiet der Kernphysik, Festkörperphysik, Strahlungschemie und Biologie sowie zum Testen von Materialien verwendet werden, die für den Betrieb in intensiven Neutronenflüssen bestimmt sind (einschließlich Teile Kernreaktoren), zur Herstellung von Isotopen. Die Leistung von Forschungsreaktoren überschreitet 100 MW nicht. Die freigesetzte Energie wird in der Regel nicht genutzt.
Industrielle (Waffen-, Isotopen-)Reaktoren Wird zur Herstellung von Isotopen verwendet, die in verschiedenen Bereichen verwendet werden. Wird am häufigsten für die Herstellung von atomwaffentauglichen Materialien wie 239 Pu verwendet. Zu den industriellen Anlagen zählen auch Reaktoren zur Meerwasserentsalzung.

Häufig werden Reaktoren zur Lösung zweier oder mehrerer unterschiedlicher Aufgaben eingesetzt, in diesem Fall werden sie auch als Reaktoren bezeichnet Mehrzweck. Beispielsweise waren einige Leistungsreaktoren, insbesondere zu Beginn der Kernenergie, hauptsächlich für Experimente gedacht. Schnelle Neutronenreaktoren können gleichzeitig Strom erzeugen und Isotope produzieren. Industriereaktoren erzeugen neben ihrer Hauptaufgabe häufig elektrische und thermische Energie.

Laut Neutronenspektrum

Thermischer (langsamer) Neutronenreaktor („thermischer Reaktor“)
Schneller Neutronenreaktor („schneller Reaktor“)

Durch Kraftstoffplatzierung

Heterogene Reaktoren, bei denen der Brennstoff diskret in Form von Blöcken im Kern untergebracht ist, zwischen denen sich ein Moderator befindet;
Homogene Reaktoren, bei denen Brennstoff und Moderator eine homogene Mischung darstellen (homogenes System).

In einem heterogenen Reaktor können der Brennstoff und der Moderator voneinander beabstandet sein, insbesondere in einem Hohlraumreaktor umgibt der Moderator-Reflektor den Hohlraum mit Brennstoff, der den Moderator nicht enthält. Aus kernphysikalischer Sicht ist das Kriterium der Homogenität/Heterogenität nicht das Design, sondern die Anordnung der Brennstoffblöcke in einem Abstand, der größer ist als die Neutronenmoderationslänge in einem gegebenen Moderator. Beispielsweise sind sogenannte „Close-Gitter“-Reaktoren homogen ausgelegt, obwohl in ihnen der Brennstoff meist vom Moderator getrennt ist.

Kernbrennstoffblöcke in einem heterogenen Reaktor werden als Brennelemente (FA) bezeichnet, die im Kern an den Knotenpunkten eines regelmäßigen Gitters platziert werden und sich bilden Zellen.

Nach Kraftstoffart

Uranisotope 235, 238, 233 (235 U, 238 U, 233 U)
Plutoniumisotop 239 ( 239 Pu), auch Isotope 239-242 Pu als Gemisch mit 238 U (MOX-Brennstoff)
Thoriumisotop 232 (232 Th) (durch Umwandlung in 233 U)

Je nach Anreicherungsgrad:

natürliches Uran
gering angereichertes Uran
hochangereichertes Uran

Nach chemischer Zusammensetzung:

Metall U
UC (Urancarbid) usw.

Nach Art des Kühlmittels

Gas, (siehe Graphit-Gas-Reaktor)
D 2 O (schweres Wasser, siehe Schwerwasserkernreaktor, CANDU)

Nach Art des Moderators

C (Graphit, siehe Graphit-Gas-Reaktor, Graphit-Wasser-Reaktor)
H 2 O (Wasser, siehe Leichtwasserreaktor, Druckwasserreaktor, WWER)
D 2 O (schweres Wasser, siehe Schwerwasserkernreaktor, CANDU)
Metallhydride
Ohne Moderator (siehe Reaktor für schnelle Neutronen)

Von Entwurf

Methode zur Dampferzeugung

Reaktor mit externem Dampferzeuger (siehe PWR, VVER)

IAEA-Klassifizierung

PWR (Druckwasserreaktoren) – Druckwasserreaktor (Druckwasserreaktor);
SWR (Siedewasserreaktor) – Siedewasserreaktor;
FBR (Fast Breer Reactor) – schneller Brutreaktor;
GCR (gasgekühlter Reaktor) – gasgekühlter Reaktor;
LWGR (Light Water Graphite Reactor) – Graphit-Wasser-Reaktor
PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) – Schwerwasserreaktor

Am häufigsten auf der Welt sind Druckwasserreaktoren (ca. 62 %) und Siedewasserreaktoren (20 %).

Reaktormaterialien

Die Materialien, aus denen die Reaktoren gebaut sind, arbeiten bei hohen Temperaturen im Bereich von Neutronen, γ-Quanten und Spaltfragmenten. Daher sind nicht alle in anderen Technikzweigen verwendeten Materialien für den Reaktorbau geeignet. Bei der Auswahl der Reaktormaterialien werden deren Strahlungsbeständigkeit, chemische Inertheit, Absorptionsquerschnitt und andere Eigenschaften berücksichtigt.

Die Strahlungsinstabilität von Materialien wird bei hohen Temperaturen weniger beeinträchtigt. Die Beweglichkeit der Atome wird so groß, dass die Wahrscheinlichkeit der Rückkehr aus dem Kristallgitter ausgeschlagener Atome an ihren Platz oder der Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff zu einem Wassermolekül deutlich zunimmt. Daher ist die Radiolyse von Wasser in nicht siedenden Leistungsreaktoren (z. B. WWER) unbedeutend, während in leistungsstarken Forschungsreaktoren eine erhebliche Menge an explosivem Gemisch freigesetzt wird. Die Reaktoren verfügen über spezielle Systeme zur Verbrennung.

Reaktormaterialien kommen miteinander in Kontakt (Brennelementhülle mit Kühlmittel und Kernbrennstoff, Brennstoffkassetten mit Kühlmittel und Moderator usw.). Selbstverständlich müssen die Kontaktmaterialien chemisch inert (kompatibel) sein. Ein Beispiel für Unverträglichkeit ist die chemische Reaktion zwischen Uran und heißem Wasser.

Bei den meisten Materialien verschlechtern sich die Festigkeitseigenschaften mit steigender Temperatur stark. In Leistungsreaktoren arbeiten Strukturmaterialien bei hohen Temperaturen. Dies schränkt die Auswahl an Strukturmaterialien ein, insbesondere für die Teile eines Leistungsreaktors, die hohem Druck standhalten müssen.

Abbrand und Reproduktion von Kernbrennstoff

Während des Betriebs eines Kernreaktors ändern sich aufgrund der Ansammlung von Spaltfragmenten im Brennstoff dessen Isotope und chemische Zusammensetzung und es entstehen Transuranelemente, hauptsächlich Isotope. Als Einfluss von Spaltfragmenten auf die Reaktivität eines Kernreaktors wird bezeichnet Vergiftung(für radioaktive Fragmente) und Verschlackung(für stabile Isotope).

Der Hauptgrund für die Vergiftung des Reaktors liegt darin, dass er den größten Neutronenabsorptionsquerschnitt hat (2,6 · 10 6 Scheune). Halbwertszeit von 135 Xe T 1/2 = 9,2 Std.; die Teilungsausbeute beträgt 6-7 %. Der Hauptteil von 135 Xe entsteht durch Zerfall ( T 1/2 = 6,8 Stunden). Im Falle einer Vergiftung verändert sich KEF um 1-3 %. Der große Absorptionsquerschnitt von 135 Xe und das Vorhandensein des Zwischenisotops 135 I führen zu zwei wichtigen Phänomenen:

Zu einer Erhöhung der Konzentration von 135 Dieser Effekt wird durch die Einführung einer Reaktivitätsspanne in den Regulierungsbehörden überwunden. Die Tiefe und Dauer der Jodquelle hängt vom Neutronenfluss Ф ab: Bei Ф = 5 · 10 18 Neutronen/(cm²·s) beträgt die Dauer der Jodquelle ~ 30 h und die Tiefe ist 2-mal größer als die stationäre Änderung in Keff verursacht durch 135 Xe-Vergiftung.
Durch Vergiftungen kann es zu räumlich-zeitlichen Schwankungen des Neutronenflusses Ф und damit der Reaktorleistung kommen. Diese Schwankungen treten bei Ф > 10 18 Neutronen/(cm²·s) und großen Reaktorgrößen auf. Schwingungsperioden ˜ 10 h.

Bei der Kernspaltung große Nummer stabile Fragmente, deren Absorptionsquerschnitt sich vom Absorptionsquerschnitt eines spaltbaren Isotops unterscheidet. Fragmentkonzentration mit großer Wert Der Absorptionsquerschnitt erreicht in den ersten Tagen des Reaktorbetriebs seine Sättigung. Dabei handelt es sich hauptsächlich um TVELs unterschiedlichen „Alters“.

Bei einem vollständigen Brennstoffaustausch weist der Reaktor eine überschüssige Reaktivität auf, die ausgeglichen werden muss, während im zweiten Fall ein Ausgleich nur beim ersten Start des Reaktors erforderlich ist. Durch die kontinuierliche Betankung kann die Abbrandtiefe erhöht werden, da die Reaktivität des Reaktors durch die durchschnittlichen Konzentrationen spaltbarer Isotope bestimmt wird.

Die Masse des geladenen Kraftstoffs übersteigt aufgrund des „Gewichts“ der freigesetzten Energie die Masse des entladenen Kraftstoffs. Nach der Abschaltung des Reaktors, zunächst hauptsächlich aufgrund der Spaltung durch verzögerte Neutronen und dann, nach 1–2 Minuten, aufgrund der β- und γ-Strahlung von Spaltfragmenten und Transuranelementen, wird weiterhin Energie im Brennstoff freigesetzt. Wenn der Reaktor vor dem Abschalten lange genug gearbeitet hat, beträgt die Energiefreisetzung 2 Minuten nach dem Abschalten etwa 3 %, nach 1 Stunde - 1 %, nach einem Tag - 0,4 %, nach einem Jahr - 0,05 % der ursprünglichen Leistung.

Man nennt das Verhältnis der Zahl der in einem Kernreaktor gebildeten spaltbaren Pu-Isotope zur ausgebrannten Menge 235 U Wechselkurs K K . Der Wert von K K steigt mit abnehmender Anreicherung und Abbrand. Für einen Schwerwasserreaktor, der mit natürlichem Uran betrieben wird, mit einem Abbrand von 10 GW Tag/t K K = 0,55, und für kleine Abbrände (in diesem Fall wird K K genannt). anfänglicher Plutoniumkoeffizient) K K = 0,8. Wenn ein Kernreaktor brennt und die gleichen Isotope produziert (Brüterreaktor), dann nennt man das Verhältnis der Reproduktionsrate zur Abbrandrate Reproduktionsrate K V. In thermischen Reaktoren K V< 1, а для реакторов на быстрых нейтронах К В может достигать 1,4-1,5. Рост К В для реакторов на быстрых нейтронах объясняется главным образом тем, что, особенно в случае 239 Pu, для быстрых нейтронов G wächst und A Stürze.

Steuerung von Kernreaktoren

Die Steuerung eines Kernreaktors ist nur dadurch möglich, dass bei der Spaltung ein Teil der Neutronen mit einer Verzögerung, die zwischen mehreren Millisekunden und mehreren Minuten liegen kann, aus den Bruchstücken herausfliegt.

Zur Steuerung des Reaktors werden absorbierende Stäbe verwendet, die in den Kern eingeführt werden und aus Materialien bestehen, die Neutronen (hauptsächlich und einige andere) stark absorbieren, und/oder eine Lösung von Borsäure, die dem Kühlmittel in einer bestimmten Konzentration zugesetzt wird (Borregulierung). . Die Bewegung der Stäbe wird durch spezielle Mechanismen, Antriebe, die auf Signale des Bedieners oder Geräte zur automatischen Steuerung des Neutronenflusses reagieren, gesteuert.

Bei verschiedenen Notfällen in jedem Reaktor ist eine Notbeendigung der Kettenreaktion vorgesehen, die durch das Einwerfen aller absorbierenden Stäbe in den Kern erfolgt – ein Notfallschutzsystem.

Restwärme

Ein wichtiges Thema, das direkt mit der nuklearen Sicherheit zusammenhängt, ist die Zerfallswärme. Das spezifisches Merkmal Kernbrennstoff, der darin besteht, dass nach Beendigung der Spaltkettenreaktion und der thermischen Trägheit, die jeder Energiequelle gemeinsam ist, die Wärmeerzeugung im Reaktor für eine andere fortgesetzt wird lange Zeit, was eine Reihe technisch schwieriger Probleme mit sich bringt.

Zerfallswärme ist eine Folge des β- und γ-Zerfalls von Spaltprodukten, die sich während des Reaktorbetriebs im Brennstoff angesammelt haben. Die Kerne von Spaltprodukten gehen durch den Zerfall unter Freisetzung erheblicher Energie in einen stabileren oder völlig stabilen Zustand über.

Obwohl die Zerfallswärmefreisetzungsrate im Vergleich zu stationären Werten schnell auf Werte absinkt, ist sie in Hochleistungsreaktoren in absoluten Zahlen signifikant. Aus diesem Grund ist eine Restwärmeerzeugung erforderlich lange Zeit Gewährleistung der Wärmeabfuhr aus dem Reaktorkern nach dessen Abschaltung. Diese Aufgabe erfordert das Vorhandensein von Kühlsystemen mit zuverlässiger Stromversorgung im Design der Reaktoranlage und erfordert außerdem eine langfristige (für 3-4 Jahre) Lagerung abgebrannter Kernbrennstoffe in Lagereinrichtungen mit einem besonderen Temperaturregime – Becken für abgebrannte Brennelemente , die sich meist in unmittelbarer Nähe des Reaktors befinden.

siehe auch

Liste der in der Sowjetunion entworfenen und gebauten Kernreaktoren

Literatur

Levin V. E. Kernphysik und Kernreaktoren. 4. Aufl. - M.: Atomizdat, 1979.
Shukolyukov A. Yu. „Uran. natürlicher Kernreaktor. „Chemie und Leben“ Nr. 6, 1980, S. 20-24

Anmerkungen

„ZEEP – Kanadas erster Kernreaktor“, Canada Science and Technology Museum.
Greshilov A. A., Egupov N. D., Matushchenko A. M. Nuklearer Schutzschild. - M.: Logos, 2008. - 438 S. -

Die immense Energie eines winzigen Atoms

„Gute Wissenschaft ist Physik! Nur das Leben ist kurz.“ Diese Worte stammen von einem Wissenschaftler, der in der Physik erstaunlich viel geleistet hat. Sie wurden einmal von einem Akademiker ausgesprochen Igor Wassiljewitsch Kurtschatow, Schöpfer des ersten Atomkraftwerks der Welt.

Am 27. Juni 1954 ging dieses einzigartige Kraftwerk in Betrieb. Die Menschheit verfügt über eine weitere mächtige Stromquelle.

Der Weg zur Beherrschung der Energie des Atoms war lang und schwierig. Es begann in den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts mit der Entdeckung der natürlichen Radioaktivität durch die Curies, mit Bohrs Postulaten, Rutherfords Planetenmodell des Atoms und dem Beweis einer, wie es heute scheint, offensichtlichen Tatsache – des Kerns von jedem Atom besteht aus positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen.

Im Jahr 1934 entdeckten Frederic und Irene Joliot-Curie (Tochter von Marie Sklodowska-Curie und Pierre Curie), dass gewöhnliche chemische Elemente durch Beschuss mit Alphateilchen (den Kernen von Heliumatomen) in radioaktive umgewandelt werden können. Das neue Phänomen heißt künstliche Radioaktivität.

I. V. Kurchatov (rechts) und A. I. Alikhanov (Mitte) mit ihrem Lehrer A. F. Ioffe. (Anfang 30.)

Erfolgt ein solcher Beschuss mit sehr schnellen und schweren Teilchen, dann beginnt eine Kaskade chemischer Umwandlungen. Elemente mit künstlicher Radioaktivität werden nach und nach stabilen Elementen weichen, die nicht mehr zerfallen.

Mit Hilfe von Bestrahlung oder Bombardierung lässt sich der Traum der Alchemisten leicht verwirklichen – aus anderen chemischen Elementen Gold herzustellen. Nur die Kosten einer solchen Transformation werden den Preis des erhaltenen Goldes deutlich übersteigen ...

Spaltung von Urankernen

Die Entdeckung einer Gruppe deutscher Physiker und Chemiker in den Jahren 1938-1939 brachte der Menschheit noch mehr Nutzen (und leider auch Angst). Spaltung von Urankernen. Bei Bestrahlung mit Neutronen zerfallen schwere Urankerne in leichtere chemische Elemente, die zum mittleren Teil des Periodensystems von Mendelejew gehören, und setzen mehrere Neutronen frei. Für die Kerne leichter Elemente erweisen sich diese Neutronen als überflüssig ... Wenn sich die Urankerne „spalten“, kann eine Kettenreaktion beginnen: Jedes der zwei oder drei entstehenden Neutronen kann wiederum mehrere erzeugen Neutronen treffen auf den Kern eines benachbarten Atoms.

Die Gesamtmasse der Produkte einer solchen Kernreaktion war, wie Wissenschaftler berechneten, geringer als die Masse der Kerne der ursprünglichen Substanz – Uran.

Nach Einsteins Gleichung, die Masse mit Energie in Beziehung setzt, kann man leicht feststellen, dass in diesem Fall eine riesige Energiemenge freigesetzt werden muss! Und es wird in sehr kurzer Zeit passieren. Es sei denn natürlich, die Kettenreaktion wird unkontrollierbar und geht zu Ende ...

Spaziergang nach der Konferenz E. Fermi (rechts) mit seinem Schüler B. Pontecorvo. (Basel, 1949)

Die enormen physikalischen und technischen Möglichkeiten, die im Prozess der Uranspaltung verborgen sind, gehörten zu den ersten, die erkannt wurden Enrico Fermi, in jenen fernen dreißiger Jahren unseres Jahrhunderts, noch ein sehr junger, aber bereits anerkannter Leiter der italienischen Physikschule. Lange vor dem Zweiten Weltkrieg untersuchten er und eine Gruppe talentierter Mitarbeiter das Verhalten verschiedener Substanzen unter Neutronenbestrahlung und stellten fest, dass die Effizienz des Uranspaltungsprozesses erheblich gesteigert werden könnte ... durch Verlangsamung der Neutronenbewegung. So seltsam es auf den ersten Blick auch erscheinen mag: Mit abnehmender Geschwindigkeit von Neutronen steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sie von Urankernen eingefangen werden. Als wirksame „Moderatoren“ von Neutronen dienen recht zugängliche Stoffe: Paraffin, Kohlenstoff, Wasser ...

Als er in die USA zog, war Fermi weiterhin der Kopf und das Herz der dortigen Kernforschung. In Fermi vereinten sich zwei Talente, die sich normalerweise gegenseitig ausschließen: ein herausragender Theoretiker und ein brillanter Experimentator. „Es wird lange dauern, bis wir einen ihm ebenbürtigen Menschen sehen können“, schrieb der prominente Wissenschaftler W. Zinn nach Fermis frühem Tod an einem bösartigen Tumor im Jahr 1954 im Alter von 53 Jahren.

Ein Team von Wissenschaftlern, die sich während des Zweiten Weltkriegs um Fermi scharten, beschloss, eine Waffe mit beispielloser Zerstörungskraft zu entwickeln, die auf einer Kettenreaktion der Uranspaltung basiert – Atombombe. Wissenschaftler hatten es eilig: Was wäre, wenn Nazi-Deutschland als erstes eine neue Waffe herstellen und sie in seinem unmenschlichen Wunsch, andere Völker zu versklaven, einsetzen würde?

Bau eines Kernreaktors in unserem Land

Bereits 1942 gelang es Wissenschaftlern, auf dem Gelände des Stadions der University of Chicago zu montieren und zu starten Erste Atomreaktor . Die Uranstäbe im Reaktor waren mit Kohlenstoff-„Ziegeln“ – Moderatoren – durchsetzt, und sollte die Kettenreaktion dennoch zu heftig werden, konnte sie schnell gestoppt werden, indem man Cadmiumplatten in den Reaktor einführte, die die Uranstäbe trennten und die Neutronen vollständig absorbierten.

Die Forscher waren sehr stolz auf die einfachen Geräte, die sie für den Reaktor erfunden hatten und die uns jetzt zum Lächeln bringen. Einer von Fermis Mitarbeitern in Chicago, der berühmte Physiker G. Anderson, erinnert sich, dass Cadmiumzinn an einen Holzblock genagelt wurde, der bei Bedarf unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft sofort in den Kessel sank, was den Grund für die Abgabe darstellte der Name „sofort“. G. Anderson schreibt: „Vor dem Starten des Kessels hätte diese Stange hochgezogen und mit einem Seil gesichert werden müssen. Im Falle eines Unfalls könnte das Seil durchtrennt werden und der „Moment“ würde seinen Platz im Inneren des Kessels einnehmen.

An einem Atomreaktor wurde eine kontrollierte Kettenreaktion durchgeführt, theoretische Berechnungen und Vorhersagen wurden verifiziert. Im Reaktor fand eine Kette chemischer Umwandlungen statt, in deren Folge eine neue Chemisches Element- Plutonium. Es kann wie Uran zur Herstellung einer Atombombe verwendet werden.

Wissenschaftler haben festgestellt, dass es eine „kritische Masse“ an Uran oder Plutonium gibt. Ist genügend atomare Materie vorhanden, führt die Kettenreaktion zu einer Explosion, ist sie klein, kleiner als die „kritische Masse“, dann wird einfach Wärme freigesetzt.

Bau eines Kernkraftwerks

In einer Atombombe der einfachsten Bauart sind zwei Stücke Uran oder Plutonium nebeneinander gestapelt, und die Masse jedes einzelnen liegt leicht unter der kritischen Masse. Im richtigen Moment verbindet die Zündschnur eines gewöhnlichen Sprengstoffs die Teile, die Masse des Atombrennstoffs überschreitet den kritischen Wert – und die Freisetzung zerstörerischer Energie monströser Kraft erfolgt augenblicklich ...

Blendende Lichtstrahlung, eine Schockwelle, die alles wegfegt, was sich ihr in den Weg stellt, und durchdringende radioaktive Strahlung trafen die Bewohner zweier japanischer Städte – Hiroshima und Nagasaki – nach der Explosion amerikanischer Atombomben im Jahr 1945 und sind seitdem alarmiert die schrecklichen Folgen des Einsatzes von Atombomben. Waffen.

Unter der einheitlichen wissenschaftlichen Führung von IV Kurtschatow entwickelten sowjetische Physiker Atomwaffen.

Doch der Leiter dieser Werke hörte nicht auf, über die friedliche Nutzung der Atomenergie nachzudenken. Schließlich muss ein Kernreaktor intensiv gekühlt werden. Warum wird diese Wärme nicht an eine Dampf- oder Gasturbine „abgegeben“ und nicht zum Heizen von Häusern verwendet?

Durch den Kernreaktor wurden Rohre mit flüssigem, niedrig schmelzendem Metall geführt. Das erhitzte Metall gelangte in den Wärmetauscher, wo es seine Wärme an das Wasser übertrug. Das Wasser verwandelte sich in überhitzten Dampf, die Turbine begann zu arbeiten. Der Reaktor war von einer schützenden Hülle aus Beton mit Metallfüllung umgeben: radioaktive Strahlung sollte nicht entweichen.

Der Kernreaktor hat sich in ein Kernkraftwerk verwandelt und bringt den Menschen ruhiges Licht, wohlige Wärme, die gewünschte Welt ...

Für gewöhnlicher Mensch Moderne High-Tech-Geräte sind so mysteriös und geheimnisvoll, dass es genau richtig ist, sie zu verehren, so wie die Alten den Blitz verehrten. Schulunterricht Physiker, vollgestopft mit mathematischen Berechnungen, lösen das Problem nicht. Aber es ist sogar interessant, von einem Kernreaktor zu erzählen, dessen Funktionsprinzip selbst einem Teenager klar ist.

Wie funktioniert ein Kernreaktor?

Das Funktionsprinzip dieses Hightech-Geräts ist wie folgt:

Wenn ein Neutron absorbiert wird, entsteht Kernbrennstoff (meistens dieser). Uran-235 oder Plutonium-239) es kommt zur Teilung des Atomkerns;
Es werden kinetische Energie, Gammastrahlung und freie Neutronen freigesetzt;
Kinetische Energie wird in thermische Energie umgewandelt (wenn Kerne mit umgebenden Atomen kollidieren), Gammastrahlung wird vom Reaktor selbst absorbiert und ebenfalls in Wärme umgewandelt;
Ein Teil der erzeugten Neutronen wird von den Brennstoffatomen absorbiert, was eine Kettenreaktion auslöst. Zu seiner Kontrolle werden Neutronenabsorber und -moderatoren eingesetzt;
Mit Hilfe eines Kühlmittels (Wasser, Gas oder flüssiges Natrium) wird dem Reaktionsort Wärme entzogen;
Unter Druck stehender Dampf aus erhitztem Wasser wird zum Antrieb von Dampfturbinen verwendet.
Mit Hilfe eines Generators wird die mechanische Energie der Rotation der Turbinen in elektrischen Wechselstrom umgewandelt.

Ansätze zur Klassifizierung

Für die Typologie von Reaktoren kann es viele Gründe geben:

Nach Art der Kernreaktion. Spaltung (alle kommerziellen Anlagen) oder Fusion (thermische Kernenergie, ist nur in einigen Forschungsinstituten weit verbreitet);
Durch Kühlmittel. In den allermeisten Fällen wird hierfür Wasser (kochend oder schwer) verwendet. Manchmal werden alternative Lösungen verwendet: flüssiges Metall (Natrium, Blei-Wismut-Legierung, Quecksilber), Gas (Helium, Kohlendioxid oder Stickstoff), geschmolzenes Salz (Fluoridsalze);
Nach Generation. Das erste sind die frühen Prototypen, die keinen kommerziellen Sinn ergaben. Beim zweiten handelt es sich um die Mehrheit der derzeit genutzten Kernkraftwerke, die vor 1996 gebaut wurden. Die dritte Generation unterscheidet sich von der Vorgängergeneration nur durch geringfügige Verbesserungen. Die Arbeiten an der vierten Generation sind noch im Gange;
Nach Aggregatzustand Treibstoff (Gas gibt es immer noch nur auf dem Papier);
Nach Verwendungszweck(zur Stromerzeugung, Motorstart, Wasserstoffproduktion, Entsalzung, Transmutation von Elementen, Gewinnung neuronaler Strahlung, theoretische und forschende Zwecke).

Kernreaktorgerät

Die Hauptkomponenten der Reaktoren in den meisten Kraftwerken sind:

Kernbrennstoff – ein Stoff, der für die Wärmeerzeugung für Kraftwerksturbinen notwendig ist (normalerweise niedrig angereichertes Uran);
Die aktive Zone des Kernreaktors – hier findet die Kernreaktion statt;
Neutronenmoderator – reduziert die Geschwindigkeit schneller Neutronen und wandelt sie in thermische Neutronen um;
Startneutronenquelle – wird für den zuverlässigen und stabilen Start einer Kernreaktion verwendet;
Neutronenabsorber – in einigen Kraftwerken verfügbar, um die hohe Reaktivität von frischem Brennstoff zu reduzieren;
Neutronenhaubitze – wird verwendet, um eine Reaktion nach dem Ausschalten erneut auszulösen;
Kühlmittel (gereinigtes Wasser);
Steuerstäbe – zur Steuerung der Spaltungsrate von Uran- oder Plutoniumkernen;
Wasserpumpe – pumpt Wasser zum Dampfkessel;
Dampfturbine – wandelt die Wärmeenergie des Dampfes in mechanische Rotationsenergie um;
Kühlturm – ein Gerät zur Ableitung überschüssiger Wärme in die Atmosphäre;
System zur Annahme und Lagerung radioaktiver Abfälle;
Sicherheitssysteme (Notstrom-Dieselgeneratoren, Geräte zur Notkühlung des Kerns).

So funktionieren die neuesten Modelle

Für den kommerziellen Betrieb stehen die neuesten Reaktoren der 4. Generation zur Verfügung frühestens 2030. Derzeit befinden sich das Prinzip und die Gestaltung ihrer Arbeit in der Entwicklungsphase. Nach aktuellen Daten werden sich diese Modifikationen darin von bestehenden Modellen unterscheiden Vorteile:

Schnelles Gaskühlsystem. Es wird davon ausgegangen, dass Helium als Kühlmittel verwendet wird. Entsprechend Projektdokumentation, somit ist es möglich, Reaktoren mit einer Temperatur von 850 °C zu kühlen. Um bei so hohen Temperaturen arbeiten zu können, sind auch spezielle Rohstoffe erforderlich: Verbundkeramikmaterialien und Aktinidverbindungen;
Als Primärkühlmittel kann Blei oder eine Blei-Wismut-Legierung verwendet werden. Diese Materialien haben eine geringe Neutronenabsorption und sind relativ niedrige Temperatur schmelzen;
Als Hauptkühlmittel kann auch eine Mischung geschmolzener Salze verwendet werden. Somit ist es möglich, bei höheren Temperaturen zu arbeiten moderne Analoga mit Wasserkühlung.

Natürliche Analoga in der Natur

Der Kernreaktor wird als wahrgenommen öffentliches Bewusstsein ausschließlich als Produkt hohe Technologie. Allerdings tatsächlich das erste Das Gerät ist natürlichen Ursprungs. Es wurde in der Region Oklo im zentralafrikanischen Staat Gabun entdeckt:

Der Reaktor entstand durch die Überschwemmung von Urangestein Grundwasser. Sie fungierten als Neutronenmoderatoren;
Die beim Zerfall von Uran freigesetzte Wärmeenergie verwandelt Wasser in Dampf und die Kettenreaktion kommt zum Stillstand;
Nachdem die Kühlmitteltemperatur gesunken ist, wiederholt sich alles erneut;
Wenn die Flüssigkeit nicht verdampft wäre und den Verlauf der Reaktion gestoppt hätte, wäre die Menschheit mit einer neuen Naturkatastrophe konfrontiert gewesen;
In diesem Reaktor begann vor etwa eineinhalb Milliarden Jahren die autarke Kernspaltung. In dieser Zeit wurden etwa 0,1 Millionen Watt Ausgangsleistung zugeteilt;
Ein solches Weltwunder auf der Erde ist das einzige bekannte. Das Auftauchen neuer Stoffe ist unmöglich: Der Anteil von Uran-235 in natürlichen Rohstoffen ist viel geringer als der für die Aufrechterhaltung einer Kettenreaktion erforderliche Wert.

Wie viele Atomreaktoren gibt es in Südkorea?

Schlecht dran Natürliche Ressourcen, aber die industrialisierte und überbevölkerte Republik Korea braucht dringend Energie. Vor dem Hintergrund der deutschen Ablehnung der friedlichen Atomenergie setzt dieses Land große Hoffnungen auf eine Eindämmung der Atomtechnologie:

Es ist geplant, dass bis 2035 der Anteil der Kernkraftwerke an der Stromerzeugung 60 % und die Gesamtproduktion mehr als 40 Gigawatt erreichen wird;
Das Land verfügt über keine Atomwaffen, aber die Forschung in der Kernphysik ist im Gange. Koreanische Wissenschaftler haben Entwürfe für moderne Reaktoren entwickelt: modular, Wasserstoff, mit flüssigem Metall usw.;
Der Erfolg lokaler Forscher ermöglicht es Ihnen, Technologie im Ausland zu verkaufen. Es wird erwartet, dass das Land in den nächsten 15 bis 20 Jahren 80 solcher Einheiten exportieren wird;
Doch bis heute wurden die meisten Kernkraftwerke mit Hilfe amerikanischer oder französischer Wissenschaftler gebaut;
Die Anzahl der Betriebsstationen ist relativ gering (nur vier), aber jede von ihnen verfügt über eine beträchtliche Anzahl von Reaktoren – insgesamt 40, und diese Zahl wird steigen.

Beim Beschuss mit Neutronen kommt es zu einer Kettenreaktion des Kernbrennstoffs, bei der enorme Wärmemengen entstehen. Das Wasser im System nimmt diese Wärme auf und wandelt sie in Dampf um, der Turbinen antreibt, die Strom erzeugen. Hier einfache Schaltung Betrieb eines Kernreaktors, der stärksten Energiequelle der Erde.

Video: Wie Kernreaktoren funktionieren

In diesem Video erklärt Ihnen der Kernphysiker Vladimir Chaikin, wie Strom in Kernreaktoren erzeugt wird und wie sie im Detail aufgebaut sind:

Chicago Pile-1 (CP-1) wurde unter der Westtribüne des Fußballfeldes der University of Chicago gebaut und am 2. Dezember 1942 in Betrieb genommen. Er war der erste Kernreaktor der Welt. Es bestand aus Graphit- und Uranblöcken und verfügte außerdem über Steuerstäbe aus Cadmium, Indium und Silber, verfügte jedoch über keinen Strahlenschutz und kein Kühlsystem. Der wissenschaftliche Leiter des Projekts, der Physiker Enrico Fermi, beschrieb den SR-1 als „einen feuchten Haufen schwarzer Ziegel und Holzstämme“.

Die Arbeiten am Reaktor begannen am 16. November 1942. Es wurde schwierige Arbeit geleistet. Physiker und Universitätsmitarbeiter arbeiteten rund um die Uhr. Sie bauten ein Gitter aus 57 Schichten Uranoxid und Uranbarren, eingebettet in Graphitblöcke. Ein Holzrahmen stützte die Struktur. Fermis Schützling Leona Woods – die einzige Frau an dem Projekt – nahm sorgfältige Messungen vor, während der Haufen wuchs.

Am 2. Dezember 1942 war der Reaktor bereit für einen Test. Es enthielt 22.000 Uranbarren und nahm 380 Tonnen Graphit sowie 40 Tonnen Uranoxid und sechs Tonnen Uranmetall auf. Der Bau des Reaktors kostete 2,7 Millionen US-Dollar. Das Experiment begann um 09:45 Uhr. Es nahmen 49 Personen teil: Fermi, Compton, Szilard, Zinn, Hiberry, Woods, ein junger Zimmermann, der Graphitblöcke und Cadmiumstäbe herstellte, Ärzte, normale Studenten und andere Wissenschaftler.

Drei Personen bildeten das „Selbstmordkommando“ – sie waren Teil des Sicherheitssystems. Ihre Aufgabe war es, das Feuer zu löschen, wenn etwas schief ging. Es gab auch Kontrolle: Steuerstangen, die manuell bedient wurden, und eine Notstange, die am Geländer des Balkons über dem Reaktor befestigt war. Im Ernstfall sollte das Seil von einer speziell auf dem Balkon diensthabenden Person durchtrennt werden, die Stange hätte die Reaktion gelöscht.

Im Jahr 1553 begann zum ersten Mal in der Geschichte eine sich selbst erhaltende nukleare Kettenreaktion. Das Experiment war ein Erfolg. Der Reaktor arbeitete 28 Minuten lang.

Der Kernreaktor arbeitet reibungslos und präzise. Ansonsten wird es, wie Sie wissen, Ärger geben. Aber was ist drinnen los? Versuchen wir, das Funktionsprinzip eines Kernreaktors (Atomreaktors) kurz, klar und mit Stopps zu formulieren.

Tatsächlich läuft dort derselbe Prozess ab wie bei einer Atomexplosion. Erst jetzt erfolgt die Explosion sehr schnell, und im Reaktor erstreckt sich das alles über einen langen Zeitraum. Am Ende bleibt alles gesund und munter und wir bekommen Energie. Nicht so sehr, dass sofort alles in der Nähe zerschmettert würde, aber völlig ausreichend, um die Stadt mit Strom zu versorgen.

wie ein Reaktor funktioniertKKW-Kühltürme
Bevor Sie verstehen, wie eine kontrollierte Kernreaktion funktioniert, müssen Sie wissen, was eine Kernreaktion im Allgemeinen ist.

Eine Kernreaktion ist ein Prozess der Umwandlung (Spaltung) von Atomkernen während ihrer Wechselwirkung mit Elementarteilchen und Gammaquanten.

Kernreaktionen können sowohl unter Aufnahme als auch unter Abgabe von Energie ablaufen. Im Reaktor werden Zweitreaktionen eingesetzt.

Ein Kernreaktor ist ein Gerät, dessen Zweck darin besteht, eine kontrollierte Kernreaktion unter Freisetzung von Energie aufrechtzuerhalten.

Oftmals wird ein Kernreaktor auch Kernreaktor genannt. Beachten Sie, dass es hier keinen grundsätzlichen Unterschied gibt, aber aus wissenschaftlicher Sicht ist es korrekter, das Wort „nuklear“ zu verwenden. Mittlerweile gibt es viele Arten von Kernreaktoren. Hierbei handelt es sich um riesige Industriereaktoren zur Energieerzeugung in Kraftwerken, Atom-U-Boot-Reaktoren und kleine Versuchsreaktoren für den Einsatz in wissenschaftliche Experimente. Es gibt sogar Reaktoren zur Meerwasserentsalzung.

Die Geschichte der Entstehung eines Kernreaktors

Der erste Kernreaktor wurde im nicht allzu fernen Jahr 1942 in Betrieb genommen. Es geschah in den USA unter der Führung von Fermi. Dieser Reaktor wurde „Chicago Woodpile“ genannt.

1946 wurde unter Kurtschatows Leitung der erste sowjetische Reaktor in Betrieb genommen. Der Körper dieses Reaktors war eine Kugel mit einem Durchmesser von sieben Metern. Die ersten Reaktoren hatten kein Kühlsystem und ihre Leistung war minimal. Der sowjetische Reaktor hatte übrigens eine durchschnittliche Leistung von 20 Watt, während der amerikanische nur 1 Watt hatte. Zum Vergleich: Die durchschnittliche Leistung moderner Leistungsreaktoren beträgt 5 Gigawatt. Weniger als zehn Jahre nach der Inbetriebnahme des ersten Reaktors wurde in der Stadt Obninsk das weltweit erste industrielle Kernkraftwerk eröffnet.

Das Funktionsprinzip eines Kernreaktors (Atomreaktors).

Jeder Kernreaktor besteht aus mehreren Teilen: Kern mit Brennstoff und Moderator, Neutronenreflektor, Kühlmittel, Steuerungs- und Schutzsystem. Als Brennstoff in Reaktoren werden am häufigsten die Isotope Uran (235, 238, 233), Plutonium (239) und Thorium (232) verwendet. Die aktive Zone ist ein Kessel, durch den normales Wasser (Kühlmittel) fließt. Unter anderen Kühlmitteln werden „schweres Wasser“ und flüssiger Graphit seltener verwendet. Wenn wir über den Betrieb eines Kernkraftwerks sprechen, dann wird ein Kernreaktor zur Wärmeerzeugung genutzt. Die Stromerzeugung selbst erfolgt auf die gleiche Weise wie in anderen Kraftwerkstypen: Dampf dreht eine Turbine und die Bewegungsenergie wird in elektrische Energie umgewandelt.

Unten finden Sie ein Diagramm des Betriebs eines Kernreaktors.

Schema des Betriebs eines KernreaktorsSchema eines Kernreaktors in einem Kernkraftwerk

Wie wir bereits gesagt haben, entstehen beim Zerfall eines schweren Urankerns leichtere Elemente und einige Neutronen. Die dabei entstehenden Neutronen kollidieren mit anderen Kernen, wodurch diese ebenfalls gespalten werden. In diesem Fall wächst die Zahl der Neutronen lawinenartig.

Hier ist der Neutronenvervielfachungsfaktor zu erwähnen. Wenn dieser Koeffizient also einen Wert von eins überschreitet, kommt es zu einer nuklearen Explosion. Ist der Wert kleiner als eins, sind zu wenig Neutronen vorhanden und die Reaktion stirbt ab. Wenn Sie jedoch den Wert des Koeffizienten gleich eins halten, läuft die Reaktion lange und stabil ab.

Die Frage ist, wie macht man das? Im Reaktor befindet sich der Brennstoff in den sogenannten Brennelementen (TVELs). Dabei handelt es sich um Stäbe, die Kernbrennstoff in Form kleiner Pellets enthalten. Die Brennstäbe sind in sechseckigen Kassetten verbunden, von denen es im Reaktor Hunderte geben kann. Kassetten mit Brennstäben sind vertikal angeordnet, während jeder Brennstab über ein System verfügt, mit dem Sie die Eintauchtiefe in den Kern einstellen können. Neben den Kassetten selbst gehören dazu Steuerstangen und Notschutzstangen. Die Stäbe bestehen aus einem Material, das Neutronen gut absorbiert. Dadurch können die Steuerstäbe unterschiedlich tief in den Kern abgesenkt werden und so der Neutronenvervielfachungsfaktor angepasst werden. Die Notstangen dienen dazu, den Reaktor im Notfall abzuschalten.

Wie wird ein Kernreaktor gestartet?

Wir haben das eigentliche Funktionsprinzip herausgefunden, aber wie startet man den Reaktor und bringt ihn zum Laufen? Grob gesagt ist es hier - ein Stück Uran, aber schließlich startet darin keine Kettenreaktion von selbst. Tatsache ist, dass es in der Kernphysik das Konzept der kritischen Masse gibt.

KernbrennstoffKernbrennstoff

Die kritische Masse ist die Masse an spaltbarem Material, die zum Auslösen einer nuklearen Kettenreaktion erforderlich ist.

Mit Hilfe von Brennelementen und Steuerstäben wird im Reaktor zunächst eine kritische Masse an Kernbrennstoff erzeugt und anschließend der Reaktor in mehreren Stufen auf das optimale Leistungsniveau gebracht.

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In diesem Artikel haben wir versucht, Ihnen einen allgemeinen Überblick über den Aufbau und die Funktionsweise eines Kernreaktors (Atomreaktors) zu geben. Wenn Sie noch Fragen zum Thema haben oder die Universität ein Problem in der Kernphysik gestellt hat, wenden Sie sich bitte an die Spezialisten unseres Unternehmens. Wir sind wie gewohnt bereit, Ihnen bei der Lösung dringender Fragen Ihres Studiums zu helfen. In der Zwischenzeit machen wir das, Ihre Aufmerksamkeit gilt einem weiteren Lehrvideo!

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